2013年9月21日 星期六

材力13到16

2011/11/21 08:13
研究員大家好:

    我們練習計算斷面的降伏彎矩、塑性彎矩、含有翼鈑全降伏的彎矩,請練習畫應力的分布圖。

    撓取剪應力之所以會產生,是因為撓取正向應力無法平衡。近年來有考兩次撓取剪應力的推導,會長認為推導要成功,第一件事情是畫對自由體圖。第二件事情是鎖定幾個證明題,考前10天再練習幾次。

    複合樑內剪應力的考題算少。以前某大學入學考常考,但近年來該大學素質下降,老師不敢出了,因為材力考個位數字也可以入學就讀,實在太丟系上的臉了,現在考得十分簡單,以喪權辱校來稱不為過。

    組合樑是指用釘栓、焊接、黏結劑等方式將肢材組成斷面,一般來講,組合樑各肢材的彈性係數相同。如果彈性係數不同,稱為混合樑(Hybrid Girder),見鋼結構。這種題目就是要考你接合處會不會產生剪力破壞。換言之,考釘栓剪力強度是否比樑裡的剪力流(or撓曲剪應力)的大小還強。注意肢材接合的位置,決定Q值怎麼算,工程師應設法讓Q越小,斷面會越安全。

    剪力中心是剪力問題的「中心」,斷面形心不是剪力問題的「中心」。求剪力中心位置也是要熟練的考題,標準解法就是讓剪力V故意通過剪力中心,讓斷面只產生撓曲剪應力,不產生扭轉剪應力,最後利用「等效性」,求出剪力中心位置。

    所謂的應力轉換問題,是指一個材料點,從各種不同的方向(切不同剖面),研究此點所受的正向應力與剪應力大小。應力大小會隨著所切角度的改變而改變。這些改變的正向應力、剪應力,匯集畫出圖形,可得一個圓,我們稱它「應力莫爾圓」。

應力轉換,可能各家參考書寫的不同,因為各家所用的符號法則未必相同,考生背一套就好。例如,土壤力學就可能使用「壓逆為正」法則。使用應力莫爾圓解題,算是一種圖像法,會長偏好使用,因為用圖像法算錯的機率很低。大地工程 施國欽 教授,也常用應力莫爾圓解題,英雄所見略同。考試請記得攜帶圓規,畫圓時請畫大一點,畫小小的,很難勘錯,是故意想落榜。

平面原點(OP)是圓周上極有用點,一定要學,土壤力學內也會用到。每一個圓,只有一個平面原點。

考題常考最大主應力大小及其微素方向(或應力作用方向),建議你畫圖回答,一圖勝千言萬語。當然,先拿鉛筆畫,肯定後再用原子筆描。最大剪應力,就是應力莫爾圓半徑。
最大主應力σ1 = 平均正向應力σavg+ 應力莫爾圓半徑
最小主應力σ2 = 平均正向應力σavg- 應力莫爾圓半徑

    很高興每次都有人提問,看來都事先有思考過才問,這樣節省大家時間,你說什麼,我很快上手,我說什麼你也很快上手,都有成就感,這樣很爽。熱力學裡有位大師叫Gibbs,提出「熵」(entropy)的理論,他最討厭學生問那些沒思考過的問題,對那些問題,他常不屑回答。在學校裡可以這樣做,在補習班裡困難度高。

    所謂的應變轉換問題,是指一個材料點,它變形後,從各種不同的方向,研究此點的正向應變與剪應變大小。應變大小會隨著所觀測角度的改變而改變。這些隨角度改變的正向應變、剪應變,匯集畫出圖形,可得一個圓,我們稱它「應變莫爾圓」。

應變轉換,可能各家參考書寫的不同,因為各家所用的符號法則未必相同,考生背一套就好。使用應變莫爾圓解題,算是一種圖像法,會長偏好使用,因為用圖像法算錯的機率很低,還可以很明確的畫出主應變微素的變形,閱卷者一看就知道你高明。應變莫爾圓O.P.的決定方法務必學會,它可以幫你畫出各個方向的微素變形。考試請記得攜帶圓規,畫圓時請畫大一點,畫小小的,很難勘錯,是故意想落榜。最大剪應變,就是應變莫爾圓直徑。

最大主應變ε1 =平均正向應變 εavg+ 應變莫爾圓半徑
最小主應變ε2 =平均正向應變εavg- 應變莫爾圓半徑

    若題目有給彈性係數和波松比,就可以從應力莫爾圓畫出對應的應變莫爾圓,也可以從應變莫爾圓畫出對應的應力莫爾圓。從所練習的例子裡,了解到人類可以貼應變計直接測量應變,測出應變數據後,用數學公式(廣義虎克定律)輾轉算出應力,人類目前尚無法「直接」測量應力。

    所以嘛,廣義虎克定律一定要背。

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